Se dice que la ciencia de la información cuántica es un campo tan poderoso que transformará al mundo.

Las pequeñas partículas en movimiento conforman todo en nuestro mundo físico, incluida la electrónica moderna, cuya función se basa en el movimiento de electrones cargados negativamente. Los físicos se esfuerzan por comprender las fuerzas que empujan a estas partículas a moverse, con el objetivo de aprovechar su poder en las nuevas tecnologías. Las computadoras cuánticas, por ejemplo, emplean una flota de electrones controlados con precisión para asumir gigantescas tareas computacionales aunque hoy en día son muy específicos los casos en los que se usan. Recientemente, investigadores del Instituto de Graduados de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) demostraron cómo una forma de luz, llamada microondas, interrumpe el movimiento de los electrones. Los hallazgos pueden ayudar a mejorar la computación cuántica.

Bit clásicos comparados con Bit cuánticos o Qubits

Las computadoras normales se ejecutan en ceros y unos, y este código binario limita el volumen y el tipo de información que las máquinas pueden procesar. Las partículas subatómicas pueden existir en más de dos estados discretos, por lo que las computadoras cuánticas aprovechan los electrones para procesar datos complejos y realizar funciones a la velocidad de latigazo. Para mantener los electrones en el limbo, los científicos capturan las partículas y las exponen a fuerzas que alteran su comportamiento.

Super computadora Astra, se cree que una computadora cuántica podría competir fácilmente con una super computadora de lógica binaria. Fuente: www.fayerwayer.com

En el nuevo estudio, publicado el 18 de diciembre de 2018 en Physical Review B , los investigadores de OIST atraparon electrones en una cámara fría y sellada al vacío y los sometieron a microondas. Las partículas y la luz alteraron el movimiento de cada una e intercambiaron energía, lo que sugiere que el sistema sellado podría potencialmente usarse para almacenar información cuántica, un microchip del futuro.

“Este es un pequeño paso hacia un proyecto que requiere mucha más investigación”, dijo Jiabao Chen, primer autor del artículo y estudiante graduado en la Unidad de Dinámica Cuántica OIST, dirigida por el Prof. Denis Konstantinov. “… creando nuevos estados de electrones con el fin de computar cuánticamente y almacenar información cuántica“.

Investigadores de todo el mundo aún luchan por alcanzar el ambicioso objetivo de una memoria Cuántica, algo en extremo difícil debido a la inestabilidad intrínseca de los sistemas cuánticos.

Enviando electrones Spinning

La luz, compuesta de campos eléctricos y magnéticos oscilantes y rápidos, puede empujar la materia cargada que encuentra en el ambiente. Si la luz vibra a la misma frecuencia que los electrones que encuentra, la luz y las partículas pueden intercambiar energía e información. Cuando eso ocurre, el movimiento de la luz y los electrones se “acopla”. Si el intercambio de energía ocurre más rápidamente que otras interacciones luz-materia en el ambiente, el movimiento está “fuertemente acoplado”. Aquí, los científicos se propusieron lograr un estado fuertemente acoplado usando microondas.

Lograr un fuerte acoplamiento es un paso importante hacia el control mecánico cuántico de las partículas que utilizan la luz”, dijo Chen. “Esto puede ser importante si queremos generar un estado de materia no clásico”.

Para observar claramente un fuerte acoplamiento, se debe aislar los electrones de una “señal de ruido” engañosa en su entorno, que surge cuando los electrones chocan con la materia cercana o interactúan con el calor. Los científicos han estudiado el impacto de las microondas en los electrones de las interfaces de semiconductores, donde un semiconductor se encuentra con un aislante, lo que limita el movimiento de los electrones a un plano. Pero los semiconductores contienen impurezas que impiden el movimiento natural de los electrones.


Dependiendo del uso que se le vaya a dar al semiconductor se produce un dopaje N o P con una concentración mayor o menor de impurezas.

Ningún material está completamente libre de defectos, por lo que la unidad Quantum Dynamics opta por una solución alternativa: aislar sus electrones en cámaras frigoríficas selladas al vacío equipadas con dos espejos metálicos que reflejan las microondas.

Las cámaras, pequeños recipientes cilíndricos llamados celdas, contienen cada una una piscina de helio líquido, mantenidas a una temperatura cercana al cero absoluto. El helio permanece líquido a esta temperatura extrema, pero las impurezas que flotan dentro de la sustancia se congelan y se adhieren a los lados de la célula. Los electrones se unen a la superficie del helio, formando efectivamente una hoja bidimensional. Luego, los investigadores pueden exponer los electrones que esperan a la radiación electromagnética, como las microondas, capturando la luz entre los dos espejos dentro de la célula.


La unidad Quantum Dynamics atrapa una capa 2D de electrones en helio líquido, mantenida dentro de una cámara sellada y enfriada casi a cero absoluto.

Este sistema relativamente simple reveló la influencia de las microondas en la rotación de los electrones, un efecto que había sido invisible en los semiconductores.

En nuestra configuración, podemos determinar el curso del fenómeno físico más claramente“, dijo la Dra. Oleksiy Zadorozhko, autora del artículo y becaria postdoctoral en la Unidad de Dinámica Cuántica. “Encontramos que las microondas tenían una influencia significativa en el movimiento de los electrones“.

Encendiendo la computación cuántica


Algunas computadoras cuánticas son tan potentes que pueden analizar el comportamiento de una compleja nube de partículas ligadas algo imposible para las supercomputadoras actuales

Los físicos describieron matemáticamente sus hallazgos y encontraron que las fluctuaciones en la velocidad, la ubicación o la carga general de los electrones individuales tenían poca influencia sobre los fuertes efectos de acoplamiento. En cambio, el movimiento promedio de partículas y microondas, en masa, pareció provocar un intercambio de energía e información entre ellos.

Los investigadores esperan que, en el futuro, el sistema de helio líquido les otorgue un control preciso sobre los electrones, lo que les permitirá leer, escribir y procesar información cuántica similar a la forma en que almacenamos los datos estándar en un disco duro. Con una mejor comprensión de este sistema, la unidad Quantum Dynamics apunta a mejorar el estándar de la industria para qubits – bits de información cuántica. Sus esfuerzos pueden llevar al desarrollo de tecnologías cuánticas más rápidas y potentes.

Traducción directa de:
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190212094842.htm


Jhonnattan Rivera Rivera

administrador de la pagina, dueño del canal Tu Electrotecnico

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